思考题与习题第3章

思考题与习题3—1试述变隙式电感传感器的结构、工作原理和输出特性。差动变隙式传感器有哪些优点?3—2为什么螺管式电感传感器比变隙式电感传感器有更大的位移范围?3—3如何提高螺管式电感传感器的线性度和灵敏度?3—4电感式传感器和差动变压器传感器的零点残余误差是怎样产生的?如何消除?3—5差动螺管式电感传感器与差动变压器传感器有哪些主要区别?3—6电感式传感器和差动变压器式传感器测量电路的主要任务是什么?变压器式电桥和带相敏检波的交流电桥，谁能更好地完成这一任务?为什么?3—7电感传感器测量的基本量是什么?请说明差动变压器加速度传感器和电感式压力传感器的基本原理?3—8差动变压器传感器的激励电压与频率应如何选择?3—9什么叫电涡流效应?什么叫线圈一导体系统?3—10概述高频反射式电涡流传感器的基本结构和工作原理?并说明为什么电涡流传感器也属于电感式传感器?3—11使用电涡流传感器测量位移或振幅时，对被测物体要考虑哪些因素?为什么?3—12电涡流的形成范围包括哪些内容?它们的主要特点是什么?3—13被测物体对电涡流传感器的灵敏度有何影响?3—14简述电涡流传感器三种测量电路(恒频调幅式、变频调幅式和调频式)的工作原理。3—15某差动螺管式电感传感器(参见图3-15)的结构参数为单个线圈匝数W=800匝，l=10mm，lc=6mm，r=5mm，rc=1mm，设实际应用中铁芯的相对磁导率µr=3000，试求：(1)在平衡状态下单个线圈的电感量L0=?及其电感灵敏度足KL=?(2)若将其接人变压器电桥，电源频率为1000Hz，电压E=1.8V，设电感线圈有效电阻可忽略，求该传感器灵敏度K。(3)若要控制理论线性度在1％以内，最大量程为多少?图3-15差动螺管式电感传感器习题图3-163—16有一只差动电感位移传感器，已知电源电Usr=4V，f=400Hz，传感器线圈铜电阻与电感量分别为R=40Ω，L=30mH，用两只匹配电阻设计成四臂等阻抗电桥，如习题3—16图所示，试求：(1)匹配电阻R3和R4的值；(2)当△Z=10时，分别接成单臂和差动电桥后的输出电压值；(3)用相量图表明输出电压scU与输入电压srU之间的相位差。3—17如图3—17所示气隙型电感传感器，衔铁截面积S=4×4mm2，气隙总长度δ=0.8mm，衔铁最大位移△δ=±0.08mm，激励线圈匝数W=2500匝，导线直径d=0.06mm，电阻率ρ=1.75×10-6Ω.cm，当激励电源频率f=4000Hz时，忽略漏磁及铁损，求：(1)线圈电感值；(2)电感的最大变化量；(3)线圈的直流电阻值；(4)线圈的品质因数；(5)当线圈存在200pF分布电容与之并联后其等效电感值。图3-17气隙型电感式传感器（变隙式）3—18如图3—15所示差动螺管式电感传感器，其结构参数如下：l=160mm，r=4mm，rc=2.5mm，lc=96mm，导线直径d=0.25mm，电阻率ρ=1.75×10-6Ω·cm，线圈匝数W1=W2=3000匝，铁芯相对磁导率µr=30，激励电源频率f=3000Hz。要求：(1)画出螺管内轴向磁场强度H~x分布图，根据曲线估计当△H0.2(IN／l)时，铁芯移动工作范围有多大?(2)估算单个线圈的电感值L=?直流电阻R=?品质因数Q=?(3)当铁芯移动±5mm时，线圈的电感的变化量△L=?(4)当采用交流电桥检测时，其桥路电源电压有效值E=6V，要求设计电路具有最大输出电压值，画出相应桥路原理图，并求输出电压值。3—19某线性差动变压器式传感器用频率为1kHz，峰一峰值为6V的电源激励，设衔铁的运动为100Hz的正弦运动，其位移幅值为±2mm，已知传感器的灵敏度为2V/mm，试画出激励电压、输入位移和输出电压的波形。